大埋深工作面微震活动规律研究

为了避免矿井突水的发生,实现工作面安全回采,本文以冀中能源股份有限公司邢东矿12210工作面为研究对象,通过在工作面建立微震监测系统,利用高精度微震监测技术对12210工作面进行实时、动态、连续监测。结果表明,微震事件主要集中在回采工作面内及工作面周围的断层附近;顶板微震事件主要集中在0~39.50 m,底板微震事件主要集中在煤层以下31 m范围内;过断层探巷时,微震活动响应明显;断层影响下的回采扰动对底板扰动深度最大值有显著影响;回采速度与微震事件总数、顶板事件数、底板事件数呈极显著正相关,与底板扰动深度最大值呈极显著负相关,相关系数分别为0.568、0.547、0.568、-0.376。

工作面不同采宽与微震监测时空分布规律研究

采用KJ1073微震监测系统对新集二矿220102工作面不同采宽变化下顶底板围岩活动和底板破坏发育情况进行监测,分析了微震事件分布范围、发育情况及空间展布特征。结果表明,微震事件主要分布在开采活动范围内,影响范围为距离机巷90~180 m,底板事件破坏深度为煤底18.11~36.64 m,最深36.64 m,位于宽面,采宽比1.59,微震事件日均频次比1.40,底板最大扰动深度比1.38,说明了底板破坏深度受采宽影响,且正相关。研究结果可为工作面采宽优化和底板破坏规律研究提供一定参考。

瓦斯抽采地质异常区微震响应规律研究

瓦斯抽采活动会使得煤岩体应力分布发生变化,导致煤岩体内裂隙扩展发育直至破坏,出现微小量级的高频率微破裂信号。利用微震监测技术可有效识别这种微破裂信号,对抽采过程进行实时动态监测,可探查地质异常区、隐伏构造等。九龙矿15240工作面在瓦斯抽采活动影响下,在距离采线较远的某一空间区域内,单日微震事件数量成倍增长(2~12倍)且时间序列连续,该区域则识别为瓦斯抽采地质异常区。通过分析微震数据时空序列演化、垂向发育、能量等信息并总结其响应特征,结果表明:随着瓦斯抽采时间序列的延续,地质异常区微震事件活动性由强到弱,空间分布呈现“集中式-分散式”演化趋势。顶板0~5 m占比明显高于正常回采阶段,底板5~15 m占比较大。微震事件能量呈不规则U型分布,整体能量相比回采数据增长38倍,应注意加强水文地质观测。

基于井下煤层水力压裂的微震时空发育规律研究

为了研究井下煤层水力压裂过程中的微震活动规律,以龙凤煤矿首采区1905工作面开展的UDFD瓦斯治理项目为工程背景,采用KJ1073微震监测系统对压裂过程进行实时、动态的监测。监测研究表明:(1)微震事件的发育具有时间效应,发育范围随压裂时间的增加逐渐扩大,微震事件能量具有周期性,分析与煤岩体裂隙扩展相关:煤岩体弹性压缩→加速扩展→减速扩展→煤岩体弹性压缩的一个循环过程;(2)微震事件发育方向与压裂液体流动的方向、煤体的倾角方向基本一致,发育范围最长为184 m,最短为100 m,垂向集中在9#煤层顶、底板10 m以内;(3)对微震数据进行分类,并采用置信椭圆分析,表明LF7-1、LF7-2压裂孔之间裂隙发育,发生联通,得到了有效的压裂,在后期的瓦斯抽采中得到验证。上述研究探明了压裂裂缝延伸扩展方向和影响范围,对进一步指导现场施工,优化压裂钻孔布置提供依据。

深部岩巷钻孔卸压支护技术研究与应用

东庞矿11采区轨道巷位于2号煤层底板,巷道变形严重,经历多次整修,维护成本高。为控制巷道变形,开展了深部岩巷支护技术的研究。现场调研表明,11采区轨道巷变形大,锚杆索等支护体损坏严重。对巷道砂岩进行力学参数测试,其单轴抗压强度为23.7 MPa。围岩强度低、2号煤工作面的回采以及支护参数不合理等是造成巷道变形大的主要原因。分析表明,在煤岩体中施工钻孔后,可促进应力集中向深部转移,同时为巷道变形提供一定的缓冲,有利于巷道的稳定。由此,确定采用强力锚杆索+卸压钻孔+二次注浆的联合控制方案。矿压观测表明,采用该方案返修后,11采区轨道大巷剧烈变形时间短,变形值小,可为类似条件下巷道支护提供参考。

带压开采工作面构造导水性微震监测研究

为研究带压开采工作面回采期间构造及隐伏构造是否会出现沟通深部含水层的现象,以赵固一矿为研究对象,采用矿井水害微震监测技术,对16091工作面回采阶段进行监测预警,捕捉到工作面过构造期间,近煤层破碎加剧但深部事件数量及所占比例未增大,反映底板裂隙未出现向下进一步发育趋势。同时对断层参数与事件最大发育深度进行相关性分析,研究断层导水性影响因素。结果显示,该工作面回采未引发构造导水性增强,断层落差比倾角对断层沟通深部流场的影响程度更大。

上分层回采工作面片帮微震时空演化规律研究

煤壁片帮的发生可能影响工作面安全回采。基于赵固一矿16111工作面煤壁片帮微震监测数据,研究片帮发生过程的微震事件时空演化规律,得出以下结论:厚煤层上分层回采时,顶板微震事件频次发育较高,除受采动影响外,频次发育受到断层构造、片帮、回采速度等因素影响显著;片帮发生时顶板事件频次增幅大,影响了工作面周期性变化,对顶板影响大,能量释放剧烈,易引发冒顶事故;片帮期间超前影响范围增大,最大值达到152 m,相比其他时段回采范围骤增;可以适当加快工作面推进速度,减少超前集中应力与煤壁间的作用时间,减弱上覆岩层对煤壁的破坏作用,减小片帮发生概率。

水力压裂前后工作面微震事件发育规律研究

随着煤矿开采深度加大、瓦斯含量大等情况的出现,巷道布置及围岩地质条件日趋复杂,易发生变形,安全问题较为突出,此时可采用水力压裂等方式切断、弱化悬顶结构,降低采场压力。对巷道水力压裂前后进行对比分析,将工作面内微震事件发育特征进行了深入分析。压裂后顶板事件活动性增强,底板活动性减弱,且平面分布上,压裂后更加分散,分布范围更广。压裂后上覆围岩破裂范围增大,压力传导通畅,近煤层卸压明显。煤层底板下0~5 m近煤层事件占比增大了53.5%,底板最大扰动深度减小16.7%,无本溪灰岩以深事件发育。结合微震数据及现场反馈,压裂后工作面来压周期变短,步距变小,压裂后能量值大于5000 J的事件占比减小,且垂向分布由集中式向分散式转变,采场内应力释放舒缓,动压危害减小,巷道变形有效缓解,为工作面安全回采提供了保障。

矿粉基防治水注浆材料的实验研究

为提高煤矿防治水注浆加固效果,改善注浆材料性能,降低注浆材料成本,同时为工业固体废弃物的高值化综合利用寻找新的途径,本文通过大量的实验室实验,最终确定了以粒化高炉矿渣为主要原材料,以脱硫石膏、水泥熟料及外加剂为辅料,研制了一种矿粉基注浆材料,通过与注浆用矿渣水泥进行交叉对比,分析矿粉基注浆材料在可流动性、相对粘度、浆液沉降速度、凝固状态及力学性质等物理性能,为矿粉基注浆材料在防治水工程中应用提供理论依据。

地面定向钻进技术在陷落柱探查治理中的研究与应用

针对郭二庄矿一坑采区北翼区域潜在导含水陷落柱,避免因探查不清、处理不当、盲目揭露等对煤矿巷道掘进造成水害威胁,影响安全生产的问题,利用地面定向钻探超前探查技术,设计多个水平分支孔,通过对施工过程中钻孔钻井液消耗、岩屑特性和自然伽马测井数据的综合分析,揭示了陷1、陷2和陷7陷落柱的赋存情况,并对陷1和陷7陷落柱的发育位置和边界范围进行了调整,利用注浆加固改造,对含水层导水通道进行封堵,加固了煤层底板薄弱地段,降低导水陷落柱的突水风险。结果表明,该技术的应用实现了郭二庄矿一坑采区的安全开采,为类似地面区域探查治理提供了经验,具有良好的推广价值和应用前景。

新型矿用中空注浆锚索的设计与研究

为了解决松软煤层回采巷道的支护问题、控制松散岩层的稳定性,设计了一种新型矿用中空注浆锚索。从注浆锚固的功能出发,详细设计了注浆锚索的各部分结构和尺寸,通过拉力试验得出注浆锚索的各项力学参数,并阐述了注浆锚索在施工过程中的注意要点。通过现场使用效果对比得出:该注浆锚索的支护形式不仅减小围岩变形量,保证顶板的稳定性,减少了工人支护作业的劳动强度,而且实现了锚注一体,提高了作业效率,节约了松软岩层的支护成本。

基于微震监测的重复采动煤层潜在导水通道形成规律研究

为了避免煤矿深部煤层开采突水事故发生,探索重复采动工作面开采过程中底板潜在导水通道形成规律,以平顶山天安煤业股份有限公司十矿己17-33200工作面为工程背景,在两巷采取“梅花”式布置20个检波器,组成全包围式监测阵列,对工作面进行连续、实时、动态监测,利用微震技术对下层煤重复开采过程中上覆岩层塑性区破坏变化规律及底板深部微震事件进行分析,并结合理论计算探究潜在导水通道的形成规律。

矸石粉煤灰膏体材料特性试验研究

膏体材料常用的原材料包括煤矸石、粉煤灰和水泥胶结材料等,膏体的物理、力学特性与原材料的基本性质密切相关。本文以邢台煤矿矸石和马头电厂粉煤灰为样品,分析了其基本性质。煤矸石中矿物量相对较大的有高岭石、石英、云母、钠长石,粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。以坍落度为标准,确定了2个配比,测定了其凝结时间、强度、泌水率等参数。结果表明,配比A、B的坍落度值分别为215 mm和202 mm,泌水率分别为3.5%和3.2%。凝结时间分别在4~5 h和5~6 h,均满足膏体泵送和凝固的要求,可根据现场需要选择使用。

基于矿用风筒检测系统的正压风筒漏风率研究与分析

基于矿用风筒检测系统,通过控制局部通风机模拟井下实际运行的通风系统工况,针对矿用风筒的漏风孔口面积、位置、个数3种主要因素研究风筒漏风率的关系并进行分析。结果表明,当风筒其他结构参数不变的前提下,随着孔口面积的增加,风筒漏风率呈二次曲线增加,并得到拟合曲线方程,拟合数据与实测数据误差为2.7%;当风筒其他结构参数不变的前提下,随着孔口位置与风机距离的增加,风筒漏风率基本呈直线关系下降,最低为13.4%;当风筒其他结构参数不变的前提下,随着风筒孔口个数增加,风筒漏风率呈二次曲线增加,并得到拟合数据,与其实测数据相比误差为1.7%;采用正交实验,研究了风筒漏风孔口面积、位置、个数对风筒漏风率的影响,影响风筒漏风的主次顺序为:漏风孔口直径、个数、位置。研究对改善风筒漏风现象提供了相关数据参考。

超高水材料老巷注浆加固技术的研究和应用

超高水材料是近年来发展起来的一种无机注浆充填材料,具有凝固时间短、早期强度高、流动性好等特点,超高水材料注浆充填可以将老巷内的空间全部充实,防止有害气体集聚及煤层自燃,同时充填体可与围岩共同承受工作面回采时的超前应力。为了保证回采期间过老巷的安全问题,防止有毒有害气体溢出,东庞矿西庞井提出超高水材料老巷注浆加固技术的研究和应用,通过对东庞矿西庞井在回采期间对老巷的注浆加固,确保了工作面在过老巷期间的正常回采,保证了矿井产量,并取得了良好的应用效果。

极近距离煤层组重复采动顶底板破坏特征微震监测研究

为研究极近距离煤层组重复采动过程中顶底板岩层破坏特征,以平煤十矿己17-33200工作面(下分层)回采作为工程背景,采用微震监测、理论计算等方法,分析其上三带发育特征、周期性运动、底板破坏深度等规律。研究结果表明:下分层重复采动覆岩活动呈现出裂隙带向上叠加发育、中及大能量事件减少、来压周期变长、底板破坏深度减小等特点。裂隙带破断向上增大幅度为40%;通过微震事件总频次和近煤层顶板事件频次“双增长”20%~70%判定,己17煤周期来压步距为25.4 m,周期为5~8 d;与单层回采中大能量事件聚集在近煤层不同,下分层回采呈现空间分布散乱,且中、大能量事件占比下降约28.2%~38.4%,说明极近距离上分层回采对于下分层具有卸压降能的作用;己17回采底板破坏带约20 m,比己15减小,但底板事件向工作面两巷外部延展范围约150 m,较单层回采增大50%,需加强工作面两巷附近及外围底板隐伏裂隙防治水工作。

新集二矿底板水害“煤-岩”空间立体微震监测阵列应用研究

以新集矿区新集二矿为研究对象,借助矿区底板岩巷这一现场优势条件,通过试验对比分析了煤巷和底板岩巷不同组合方式下监测阵列效果,提出了基于底板岩巷“点面式”、“线线式”和“线面式”的3种空间立体“煤-岩”微震监测阵列,优化了现有微震监测阵列布置方式。研究表明:“煤-岩”空间立体微震监测方法从定位精度、监测范围、服务周期和经济成本方面取得了明显进步。

不规则工作面微震时空演化规律研究

煤矿回采过程中,由于工作面巷道布置、地质条件等因素的影响,不规则工作面出现的情况逐渐增多。不规则工作面回采过程中应力场变化不同于规则工作面,其微震时空演化规律也不同。本文结合梧桐庄矿182300工作面微震监测数据,分析不规则工作面频次、能量等随时间推进其发育特征,以及空间分布演化规律。研究结果表明,随着工作面倾向长度变化,微震事件频次会呈现正相关变化。工作面倾向长度一直在增大,微震事件数量持续处于高位;随着回采推进,工作面倾向长度变化幅度变小,微震事件频次有所降低。微震事件发育受回采扰动明显,停采后微震事件频次明显降低。回采期间小能量事件频次最多,占比最大,为58.87%,大能量事件个数最少,说明回采期间岩体破裂尺度微小,未向深部、大尺度扩展延伸。

工业固废在超高水材料中综合利用的实验研究

针对超高水材料时常出现压缩泌水,影响使用效果等问题,研究了粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、选铁尾矿砂等工业固废的性能,结合超高水材料的特点,开展大量实验,通过在超高水充填材料中掺入适量工业固废,改善超高水材料性能,实现工业固废综合利用的目的。

强干扰环境下煤矿井下巷道瞬变电磁探测研究与应用

为了提高井下瞬变电磁水害探测准确性,降低探测过程中井下巷道存在的金属物及带电体对探测结果的影响。通过物理模拟、数值模拟等技术手段,对瞬变电磁测量的采集观测系统进行优化设计,对探测的电磁数据质量进行评估,结合瞬变电磁数据正反演算法软件的处理与校正,从而达到提高煤矿含水异常体的解释精度,及时预报掘进前方或侧帮的隐伏导含水构造,为煤矿能安全掘进提供有力技术保障。